Lasertechnologie staat al lange tijd bekend om het wijdverbreide gebruik ervan bij lassen, snijden en markeren. In de afgelopen twee jaar, met de geleidelijke popularisering van laserreiniging, is het concept van laseroppervlaktebehandeling steeds meer het middelpunt van de aandacht van mensen geworden en in de hoofden van mensen verschenen. Laserverwerking is contactloos, zeer flexibel, hoge snelheid en geluidsvrij, met een kleine door hitte beïnvloede zone en geen schade aan het substraat, geen verbruiksartikelen, en milieuvriendelijk en koolstofarm.
Naast laserreiniging kent laseroppervlaktebehandeling feitelijk vele toepassingscategorieën, zoals laserpolijsten, lasercladding, laserquenchen etc. Deze methoden worden gebruikt om specifieke fysische en chemische eigenschappen van het materiaaloppervlak te veranderen, zoals het maken van het oppervlakteproces hydrofoob, of het gebruik van laserpulsen om kleine depressies te genereren met een diameter van ongeveer 10 micron en een diepte van slechts enkele micron, om de ruwheid te vergroten en de hechting van het oppervlak te verbeteren.
Kent u naast laserreiniging de volgende laseroppervlaktebehandelingsmethoden?
01. Laserblussen
Laserquenchen is een van de oplossingen voor het bewerken van complexe onderdelen met hoge spanning. Het kan ervoor zorgen dat onderdelen met hoge slijtage, zoals nokkenassen en buiggereedschappen, hogere spanningen kunnen weerstaan en de levensduur kunnen verlengen.
Het principe ervan is om de koolstofatomen in het metaalrooster te herschikken (austenisatie) door het oppervlak van het koolstofhoudende werkstuk te verwarmen tot iets onder de smelttemperatuur (900-1400 graad 40% van het bestralingsvermogen wordt geabsorbeerd), en vervolgens de laserstraal verwarmt het oppervlak stabiel langs de voedingsrichting. Terwijl de laserstraal beweegt, koelt het omringende materiaal snel af en kan het metalen rooster niet terugkeren naar zijn oorspronkelijke vorm, waardoor martensiet ontstaat, wat de hardheid aanzienlijk verhoogt.
De hardingsdiepte van de buitenste laag koolstofstaal die wordt bereikt door laserharden is doorgaans 0.1-1,5 mm, en kan bij sommige materialen 2,5 mm of meer bedragen. Vergeleken met traditionele blusmethoden zijn de voordelen:
1. De beoogde warmte-inbreng is beperkt tot hetzelfde gebied, dus er is vrijwel geen sprake van kromtrekken van de componenten tijdens de verwerking. De herbewerkingskosten worden verlaagd of zelfs volledig geëlimineerd:
2. Het kan ook uitharden op complexe geometrische oppervlakken en precisieonderdelen, en kan een nauwkeurige verharding bereiken van lokaal beperkte functionele oppervlakken die niet kunnen worden geblust door traditionele blusmethoden:
3. Geen vervorming. Traditionele hardingsprocessen veroorzaken vervormingen als gevolg van hogere energie-input en afschrikking, maar bij laserhardingsprocessen kan de warmte-inbreng nauwkeurig worden gecontroleerd dankzij lasertechnologie en temperatuurregeling. Het onderdeel blijft vrijwel in de oorspronkelijke staat:
4. De hardheidsgeometrie van het onderdeel kan "direct" worden gewijzigd. Dit betekent dat het niet nodig is om de optiek/het hele systeem om te bouwen.
02. Lasertextuur
Lasertextureren is een van de procesmiddelen voor oppervlaktemodificatie van metalen materialen. Tijdens het structureringsproces creëert de laser regelmatig gerangschikte geometrieën in de laag of het substraat om de technische eigenschappen gericht te veranderen en nieuwe functies te ontwikkelen. Het proces bestaat grofweg uit het gebruik van laserstraling (meestal lasers met een korte puls) om op reproduceerbare wijze regelmatig gerangschikte geometrieën op het oppervlak te genereren. De laserstraal smelt het materiaal op een gecontroleerde manier en stolt door middel van een passend procesmanagement tot een gedefinieerde structuur.
Een hydrofobe oppervlaktestructuur zorgt er bijvoorbeeld voor dat water van het oppervlak kan stromen. Deze functie kan worden bereikt door submicronstructuren op het oppervlak te creëren met ultrakorte pulslasers, en de te creëren structuur kan nauwkeurig worden gecontroleerd door de laserparameters te wijzigen. Het tegenovergestelde effect, zoals een hydrofiel oppervlak, kan ook worden bereikt:
Voor het verven van autopanelen moeten "microputjes" gelijkmatig over het oppervlak van de dunne plaat worden verdeeld om de hechting van de verf te verbeteren. Een gepulseerde laserstraal met een frequentie van duizenden tot tienduizenden keren per seconde wordt gefocusseerd en valt op het roloppervlak. Op het roloppervlak op het focuspunt wordt een klein smeltbad gevormd. Tegelijkertijd wordt het kleine smeltbad zijwaarts geblazen om ervoor te zorgen dat de smelt in het smeltbad zich zoveel mogelijk ophoopt aan de rand van het smeltbad, volgens de gespecificeerde vereisten, om een boogvormige verdikking te vormen. Deze kleine nokken en microputjes kunnen niet alleen de ruwheid van het materiaaloppervlak vergroten en de hechting van de verf vergroten, maar ook de oppervlaktehardheid van het materiaal vergroten en de levensduur verlengen.
Sommige kenmerken worden gegenereerd door laserstructurering, zoals de wrijvingseigenschappen of de elektrische en thermische geleidbaarheid van sommige metalen materialen. Bovendien verhoogt het laserstructureren ook de hechtsterkte en de levensduur van het werkstuk.
Shuishang Boguang
Vergeleken met traditionele methoden is oppervlaktelaserstructurering milieuvriendelijker en zijn er geen extra zandstraalmiddelen of chemicaliën nodig: herhaalbaar en nauwkeurig, de laser bereikt een gecontroleerde structuur die tot op micron nauwkeurig is en is zeer eenvoudig te repliceren: Weinig onderhoud, vergeleken met mechanische gereedschappen die Slijtage snel, de laser is contactloos en dus absoluut slijtagevrij: er is geen nabewerking nodig en er blijven geen smelt- of andere verwerkingsresten achter op de laserbewerkte onderdelen.
03. Laser kleurrijke oppervlaktebehandeling
Lasertemperen wordt vaak gebruikt bij laserkleurige oppervlaktebehandeling, ook wel laserkleurmarkering genoemd. Het procesprincipe is dat wanneer de laser het materiaal verwarmt, het metaal wordt verwarmd tot iets onder het smeltpunt. Onder geschikte procesparameters zal de structuur van de poort veranderen: er zal een oxidelaag worden gevormd op het oppervlak van het werkstuk. Wanneer deze film wordt blootgesteld aan licht, interfereert het invallende licht waardoor er op dit moment verschillende temperkleuren verschijnen. De kleurrijke markeerlaag die op het oppervlak wordt gegenereerd, verandert met verschillende kijkhoeken. Het patroon van het merkteken zal ook veranderen in verschillende kleuren. Deze kleuren blijven stabiel bij temperaturen tot ongeveer 200 ° C. Bij hogere temperaturen keert de poort terug naar de oorspronkelijke staat: de markering verdwijnt. De oppervlaktekwaliteit blijft volledig behouden. Het heeft een hoge mate van veiligheid en traceerbaarheid in anti- namaaktoepassingen De laatste jaren wordt het steeds meer toegepast op het gebied van de medische technologie. Naast de nieuwe zwarte markering door ultrakorte pulslasers is het ook zeer geschikt voor productidentificatie, waardoor een unieke traceerbaarheid volgens de UDI-richtlijn wordt bereikt.
04. Lasercladden
Het is een additief productieproces dat geschikt is voor hybride materialen van metaal en metaalkeramiek. Dit kan worden gebruikt om 3D-geometrieën te maken of te wijzigen. Met deze productiemethode kan de laser ook worden gebruikt om ze te repareren of te coaten. In de lucht- en ruimtevaartsector wordt daarom gebruik gemaakt van additive manufacturing om turbinebladen te repareren.
Bij de gereedschaps- en matrijzenbouw kunnen gebroken of versleten randen en gevormde functionele oppervlakken worden gerepareerd of zelfs worden gepantserd. In de energietechnologie of de petrochemie worden lagers, rollen of hydraulische componenten gecoat om te beschermen tegen slijtage en corrosie. Additive manufacturing wordt ook gebruikt in de autobouw. Hierbij worden een groot aantal componenten aangepast.
Bij conventionele lasermetaalafzetting verwarmt de laserstraal het werkstuk eerst lokaal en vormt vervolgens een gesmolten poel. Fijn metaalpoeder wordt vervolgens vanuit het mondstuk van de laserbewerkingskop rechtstreeks in het gesmolten bad gespoten. Bij snelle lasermetaalafzetting worden de poederdeeltjes al verwarmd tot bijna de smelttemperatuur boven het substraatoppervlak. Daarom is er minder tijd nodig om de poederdeeltjes te smelten.
Het effect: een aanzienlijk hogere processnelheid. Vanwege de verminderde thermische effecten kunnen zeer warmtegevoelige materialen zoals aluminiumlegeringen en gietijzeren legeringen ook worden gecoat met behulp van snelle lasermetaalafzetting. Met het HS-LMD-proces kunnen op rotatiesymmetrische oppervlakken hoge oppervlaktesnelheden tot 1500 rpm worden bereikt. cm/min. Tegelijkertijd worden invoersnelheden tot enkele honderden meters per minuut bereikt.
Repareer dure componenten of mallen snel en eenvoudig met laserpoederdepositie. Schade van elke omvang kan snel en vrijwel zonder sporen worden gerepareerd. Ook ontwerpwijzigingen zijn mogelijk. Dit bespaart tijd, energie en materiaal. Dit is vooral de moeite waard voor dure metalen zoals nikkel of titanium. Typische toepassingsvoorbeelden zijn turbinebladen, diverse zuigers, kleppen, assen of matrijzen.
05. Laserwarmtebehandeling
Duizenden microlasers (VCSEL's) zijn op één chip gemonteerd. Elke zender is uitgerust met 56 van dergelijke chips en een module bestaat uit meerdere zenders. Het rechthoekige stralingsveld kan miljoenen microlasers bevatten en kan meerdere kilowatts infrarood laservermogen produceren.
VCSEL's genereren nabij-infraroodstralen met een stralingsintensiteit van 100 W/cm² met een grote, gerichte rechthoekige straaldoorsnede. In principe is deze technologie geschikt voor alle industriële processen die een extreem hoge precisie in oppervlakte- en temperatuurbeheersing vereisen.
Laser-warmtebehandelingsmodules zijn bijzonder geschikt voor verwarmingstoepassingen op grote oppervlakken met veeleisende en flexibele eisen. Vergeleken met traditionele verwarmingsmethoden heeft dit nieuwe verwarmingsproces een grotere flexibiliteit, precisie en kostenbesparingen.
Deze technologie kan worden gebruikt om cellen van het zaktype af te dichten om te voorkomen dat aluminiumfolie kreukt, waardoor de levensduur van de batterij wordt verlengd. Het kan ook worden gebruikt om aluminiumfolie uit batterijen te drogen, zonnepanelen te laten weken en het verwarmingsgebied van specifieke materialen (zoals staal en siliciumwafels) nauwkeurig te bewerken.
06. Laserpolijsten
Het mechanisme van de laserpolijsttechnologie is het smal smelten van het oppervlak en het oversmelten van het oppervlak, waarbij gebruik wordt gemaakt van het opnieuw smelten van het oppervlak en het opnieuw stollen van de met de laser opnieuw gesmolten laag. Wanneer het metalen oppervlak wordt bestraald door een laser met voldoende hoge energie, ondergaat het oppervlak een zekere mate van hersmelten en herverdeling, en door de werking van trekspanning en zwaartekracht wordt een glad oppervlak bereikt voordat het hard wordt.
De gehele dikte van de gesmolten laag is kleiner dan de hoogte van de trog tot de top, zodat het gehele gesmolten metaal in de nabijgelegen trog wordt gevuld. De drijvende kracht achter deze vulling wordt bereikt door het capillaire effect, terwijl de dikkere laag ervoor zorgt dat het vloeibare metaal vanuit het midden van het gesmolten bad naar buiten stroomt. De drijvende kracht is het thermische capillaire effect of het Marconi-effect, zodat het kan worden herverdeeld.
Shuici Bieguang
Toepassingsgevallen zijn onder meer siliciumcarbidekeramiek, die wordt gebruikt als optische componenten van licht en grote telescopen (vooral grote en complex gevormde reflectoren). RB-SiC is een typisch materiaal met een hoge hardheid en complexe fasen, en de precisiepolijsttechnologie voor het oppervlak is moeilijk en inefficiënt. Het oppervlak van RB-SiC, vooraf gecoat met Si-poeder, wordt gemodificeerd door een femtoseconde-laser. Na slechts 4,5 uur polijsten kan een optisch oppervlak met een oppervlakteruwheid Sq van 4,45 nm worden verkregen. Vergeleken met direct slijpen en polijsten wordt de polijstefficiëntie ruim drie keer verhoogd. Laserpolijsten wordt ook veel gebruikt bij het polijsten van mallen, nokken en turbinebladen.
07. Laserstralen
Laserschokversterking, ook bekend als lasershot peening, is het bestralen van het oppervlak van metalen onderdelen met een laser met hoge energiedichtheid, hoge focus en korte puls (λ=1053nm). Het oppervlaktemetaal (of de absorptielaag) vormt onmiddellijk een plasma-explosie onder invloed van een laser met hoge vermogensdichtheid. De explosieschokgolf wordt onder de beperking van de beperkingslaag naar de binnenkant van het metalen onderdeel overgebracht, waardoor de oppervlaktekorrels compressieve plastische vervorming produceren en resterende drukspanning, korrelverfijning en andere oppervlakteversterkende effecten in het dikkere bereik van de metalen onderdelen worden verkregen. oppervlak van het onderdeel. Vergeleken met traditioneel mechanisch kogelstralen heeft het de volgende voordelen:
1. Sterke richtingsgevoeligheid: de laser werkt onder een controleerbare hoek op het metalen oppervlak, met een hoge energieomzettingsefficiëntie, terwijl de mechanische projectielinslaghoek willekeurig is:
2. Grote kracht: de momentane druk die wordt gegenereerd door het laserstralen met plasmastralen is enkele GPa: Hoge vermogensdichtheid: De piekvermogensdichtheid van de laserinslag bereikt enkele tot tientallen GW//cm2:
3. Goede oppervlakte-integriteit: de laserinslag heeft vrijwel geen sputtereffect op het oppervlak, terwijl na mechanisch kogelstralen de oppervlaktemorfologie wordt beschadigd en spanningsconcentratie optreedt.
De maximale drukspanningswaarde na laserinslag is beter en de resterende drukspanning op het oppervlak wordt met ongeveer 40% ~ 50% verhoogd, wat de waarden van gerelateerde indicatoren zoals de levensduur van vermoeiing, hoge temperatuurbestendigheid en buigvorming van het oppervlak aanzienlijk verbetert. werkstuk. Het is toegepast op het gebied van de oppervlaktebehandeling van vliegtuigen en de oppervlaktebehandeling van vliegtuigmotoren.
